ES2920833T3 - Dispositivo para la dosimetría electromagnética y método asociado - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona con un dispositivo (a) para simular las características de los tejidos humanos en la dosimetría electromagnética, el dispositivo (a) que comprende un sustrato (s) con un blindaje de metal (MSH) y una capa (DL) de un material dieléctrico dispuesto o preferiblemente debajo de los sustratos, el dispositivo (a) también comprende una pluralidad de aberturas (OSH) realizadas en el blindaje (MSH) y al menos una matriz (SA) de sensores (sens) en la capa (DL) de material dieléctrico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para la dosimetría electromagnética y método asociado

1. Campo de la invención.

La invención se refiere al campo de la dosimetría electromagnética y, más particularmente, a la medición de las magnitudes de dosimetría electromagnética en el interior y en la superficie del cuerpo humano.

2. Estado de la técnica.

La puesta en el mercado de sistemas y dispositivos que emiten ondas electromagnéticas a diversas potencias de emisión, requiere obtener un determinado número de certificaciones, algunas de las cuales tienen como objetivo garantizar la conformidad de estos dispositivos a los límites de exposición de los usuarios.

Existen diferentes métodos y técnicas de evaluación de la exposición del cuerpo humano a las ondas electromagnéticas y varían, concretamente, en función de la banda de frecuencias usada. Cuando la frecuencia es alta, disminuye la profundidad de penetración de las ondas en los tejidos biológicos (incluido en los tejidos humanos). Entonces, resulta pertinente interesarse, más particularmente, por el nivel de exposición a una radiación electromagnética dada en la superficie de los tejidos o a nivel de las capas de la epidermis (y, más ampliamente, de la piel en su conjunto). Recientes sistemas de transmisiones de datos (incluidos inalámbricos) funcionan a altas frecuencias que llegan hasta varias decenas de gigahercios. Dado que estas frecuencias no existen en la naturaleza, sus efectos sobre los tejidos humanos todavía se conocen poco o están poco caracterizados.

Los análisis ya realizados por medio de los métodos de dosimetría existentes, en la actualidad limitados a frecuencias de hasta 6 GHz, usan, habitualmente, dispositivos que tienen como objetivo simular el comportamiento del cuerpo humano y, concretamente, las capacidades de absorción y de reflexión de los tejidos. Estos dispositivos se denominan, comúnmente, “phantoms” (del inglés) o “ modelos” (en español). Existen diferentes categorías de “modelos” , tales como, por ejemplo, los “modelos líquidos” , los “ modelos semisólidos” y los “ modelos sólidos” . Estos dispositivos de laboratorio permiten simular diferentes perfiles de tejidos humanos que tienen diversas propiedades dieléctricas y están configurados para permitir experimentos en unos rangos de frecuencias que van de 30 MHz a 6 GHz. Los “modelos líquidos” están constituidos por una envuelta (o carcasa) rellena de un gel o de un líquido con propiedades próximas a las del cuerpo humano. Generalmente, se usan de 30 MHz a 6 GHz, pero solo presentan poco interés a frecuencias superiores a 6 GHz y en el campo de las ondas milimétricas. En efecto, la profundidad de penetración ya no es más que de aproximadamente medio milímetro a 60 GHz. Otros “ modelos” , denominados semisólidos, comprenden agua y permiten simular tejidos biológicos, tales como los músculos, el cerebro, la piel, por ejemplo, pero presentan un problema de vida útil asociado a un fenómeno de evaporación del agua y degradación de sus propiedades dieléctricas, resultante de lo mismo.

Unos “ modelos” sólidos comprenden elementos cerámicos, grafitos o carbonos, o incluso cauchos sintéticos, y se usan principalmente para los estudios de los efectos de las radiaciones en y cerca de la superficie del cuerpo humano. Sus ventajas principales son su fiabilidad y la sistematicidad de sus propiedades dieléctricas a lo largo del tiempo. Desgraciadamente, estos “ modelos” sólidos tienen el inconveniente de ser costosos y de requerir condiciones drásticas para su fabricación, entre ellas, concretamente, altas temperaturas y presiones importantes.

En la actualidad no existe ningún “ modelo” sólido que tenga propiedades electromagnéticas equivalentes a las del cuerpo humano (en cuanto a permitividad compleja y conductividad) y que pueda aprovecharse por encima de 6 GHz.

El documento “Solid Phantom for Body-Centric Propagation Measurements at 60 GHz” (IEEE transactions on microwaves theory and techniques, vol. 62, n.° 6, junio de 2014) propone un “ modelo” sólido basado en un sustrato de polidimetilsiloxano (PDMS) que comprende polvo de carbono negro metalizado en uno de sus lados. Este “modelo” está configurado para simular el comportamiento del cuerpo humano en la superficie, sometido a radiaciones en unos rangos de frecuencias alrededor de 60 GHz. Aunque el modelo descrito en este documento ofrece buenas capacidades de simulación de las características de reflexión de los tejidos humanos en la superficie, y, concretamente, de la piel, las mediciones se realizan con la ayuda de sensores posicionados a una determinada distancia del “modelo” , debido al uso de un apantallamiento metalizado debajo del sustrato. Entonces, se facilita analizar la onda reflejada (señal reflejada), pero, no obstante, sigue siendo imposible, con la ayuda de este “ modelo” , medir con precisión los niveles de exposición, tales como la densidad de la potencia incidente o la tasa de absorción específica. Los documentos US-2013/0099119 A1, FR 2.851.823 y US-2004/0017115 A1 divulgan varios dispositivos de dosimetría electromagnética.

Las soluciones existentes presentan inconvenientes.

3. Sumario de la invención.

La invención permite mejorar al menos uno de los inconvenientes del estado de la técnica, proponiendo un dispositivo adaptado a mediciones de radiaciones electromagnéticas emitidas por un emisor, a frecuencias superiores a 6 GHz, con la ayuda de sensores posicionados en el interior de un dispositivo de “ modelo” que simula las características de reflexión de los tejidos biológicos y, concretamente, humanos.

Para ello, se propone un dispositivo de simulación de características de tejidos humanos, para la dosimetría electromagnética, que comprende un grosor (capa) de sustrato que porta un apantallamiento que comprende uno o varios materiales conductores, metalizados o no, y un grosor (capa) de un material dieléctrico dispuesto encima y/o debajo del sustrato (preferiblemente, debajo del sustrato), comprendiendo el dispositivo una pluralidad de aberturas, preferiblemente, calibradas realizadas en el apantallamiento y comprendiendo, además, al menos una red de sensores dispuestos en el material dieléctrico.

Debe observarse que el término “sustrato” describe, en este caso, un grosor (capa) de material(es) que posee(n) propiedades intrínsecas, concretamente, mecánicas, pero también eléctricas, o incluso electromagnéticas, adaptado para portar otras capas de materiales o para servir de base a las mismas. De este modo, no debe interpretarse este término estrictamente en el sentido del usado en el campo de las antenas, sino que podría, por ejemplo, sustituirse por el término “superestrato” , en la medida en que, probablemente, su posición es, preferiblemente, en la superficie del dispositivo.

Según un modo de realización de la invención, el apantallamiento está metalizado y tiene dimensiones correspondientes a las del sustrato. Dicho de otro modo, el apantallamiento/reflector cubre la totalidad o casi la totalidad de la superficie del sustrato, con el fin de hacer funcionar una reflexión eficaz de las radiaciones emitidas.

Según una variante del modo de realización, el apantallamiento se realiza por medio de elementos no metalizados, pero susceptibles de formar una barrera frente a las ondas electromagnéticas.

Según un modo de realización de la invención, el sustrato está realizado, principalmente, de polímero o resina, orgánico o sintético, tal como polidimetilsiloxano (PDMS), por ejemplo.

Según un modo de realización de la invención, el sustrato comprende polvo de carbono negro, o incluso polvo de metal, nanotubos de carbonos, a título de ejemplos no limitativos.

Según un modo de realización de la invención, el material dieléctrico comprende plástico o vidrio, o incluso un polímero. Ventajosamente, el material dieléctrico puede ser de otro tipo, teniendo en cuenta que estas propiedades deben permitir a los sensores recibir radiaciones emitidas durante fases de ensayo.

Según el modo de realización preferido de la invención, las aberturas realizadas en el apantallamiento están en cualquier número, forma y disposición. Ventajosamente, las aberturas se realizan en el apantallamiento en forma de hendiduras, de cruces (líneas cruzadas), cuadradas, circulares, triangulares o incluso ovaladas, y están dispuestas regularmente en el grosor del apantallamiento, apantallamiento que funciona, concretamente, como un reflector.

Según un modo de realización de la invención, para cada una de las aberturas del apantallamiento, la mayor de las dimensiones de la abertura tiene un valor comprendido entre una fracción de la longitud de onda y varias longitudes de onda, en función de la forma de la abertura.

Ventajosamente, los sensores comprenden antenas y/o sondas adaptadas para la recepción de las señales transmitidas por la fuente situada en el otro lado del apantallamiento electromagnético.

La invención se refiere, igualmente, a un método de dosimetría electromagnética, que comprende:

- una emisión de señales electromagnéticas a una frecuencia, preferiblemente, superior a 6 GHz, desde una fuente dispuesta a una distancia predeterminada de un dispositivo de simulación del coeficiente de reflexión de los tejidos para la dosimetría electromagnética, que comprende un sustrato que porta un apantallamiento metalizado, comprendiendo este apantallamiento una pluralidad de aberturas calibradas, y comprendiendo una capa de un material dieléctrico dispuesta, preferiblemente, debajo del sustrato, y,

- una medición, a partir de al menos una red de sensores dispuestos en o contra la capa de material dieléctrico, en el lado del sustrato opuesto a la fuente.

Pudiendo los sensores estar dispuestos, ventajosamente, entre dos capas apiladas de material dieléctrico.

Ventajosamente, la distancia predeterminada entre la fuente y el dispositivo de modelo, está comprendida en un intervalo de valores que va de 0 milímetros (contacto directo) a 100 cm, estando comprendidos estos valores límites en el intervalo.

4. Lista de las figuras.

La invención se comprenderá mejor, y otras particularidades y ventajas se desprenderán, tras la lectura de la siguiente descripción, haciendo la descripción referencia a los dibujos adjuntos de entre los que:

- La Figura 1 representa un dispositivo de simulación configurado para la dosimetría electromagnética según la técnica anterior.

- La Figura 2 representa un dispositivo de simulación configurado para la dosimetría electromagnética a frecuencias en la banda de los 60 GHz, por ejemplo, según un modo de realización particular y no limitativo de la invención.

5. Descripción detallada de modos de realización de la invención.

En las Figuras 1 y 2, los módulos representados son unidades funcionales, que corresponden, o no, a unidades físicamente distinguibles. Por ejemplo, estos módulos, o algunos de los mismos, se agrupan en un único componente. Por el contrario, según otros modos de realización, algunos módulos están compuestos por entidades físicas separadas.

La Figura 1 representa un dispositivo A de simulación de características de tejidos humanos configurado para la dosimetría electromagnética según la técnica anterior. El dispositivo A comprende una capa DLPA de material dieléctrico a base de agua o de gel (que comprende un polímero, por ejemplo) y que comprende una red SA de sensores SENS en la capa DLPA.

El dispositivo de la Figura 1 permite evaluar la exposición del cuerpo humano a una o varias antenas que emiten señales a una frecuencia inferior o igual a 6 GHz, en la proximidad del mismo. Las propiedades dieléctricas del dispositivo de modelo se ajustan para representar las de los tejidos humanos, en un rango de frecuencias dado.

Desafortunadamente, en ausencia de una cubierta, este tipo de modelo se degrada con el tiempo, debido, concretamente, a un fenómeno de evaporación en la capa DL de materiales dieléctricos.

La Figura 2 representa un dispositivo configurado para la dosimetría electromagnética según un modo de realización particular y no limitativo de la invención, y a frecuencias superiores a 6 GHz y, normalmente, alrededor de 60 GHz.

De manera ingeniosa, el sustrato S porta un apantallamiento MSH que funciona como un reflector y que comprende aberturas (u orificios) OSH, preferiblemente calibradas, y que aportan, ventajosamente, una reflectividad (y una “transparencia” ) electromagnética de la parte superior del modelo A que participa en la simulación de las características de reflexión y, en una menor medida, de las características de absorción de tejidos humanos, y, concretamente, la epidermis, la dermis y tejidos adiposos situados debajo de la dermis, a frecuencias alrededor de 60 GHz.

A estas frecuencias (por encima de 6 GHz), la absorción de la radiación se limita a las capas superficiales del cuerpo: a 60 GHz la profundidad de penetración de la radiación electromagnética en los tejidos es del orden de 0,5 mm; por tanto, la absorción está esencialmente concentrada en la piel. La epidermis absorbe aproximadamente el 30 % de la potencia y la dermis absorbe aproximadamente el 69 % de la misma, y el resto se absorbe por tejidos adiposos.

Ventajosamente, el método de medición que usa el modelo A de la Figura 2, comprende una etapa de emisión de señales electromagnéticas a una frecuencia preferiblemente superior a 6 GHz, e incluso más preferiblemente superior a 10 GHz, desde una fuente EMS dispuesta a una distancia predeterminada d1 (no representada) del dispositivo A para la dosimetría electromagnética que comprende el sustrato S que porta el apantallamiento metalizado MSH, comprendiendo el apantallamiento MSH una pluralidad de aberturas calibradas OSH, y comprendiendo el dispositivo A la capa DL de un material dieléctrico dispuesta debajo del sustrato S.

El método comprende también, y sobre todo, una medición, a partir de al menos una red SA de sensores SENS que comprenden, cada uno, una o varias antenas y/o sondas y dispuestos en la capa DL de material dieléctrico, en el lado del sustrato S opuesto a la fuente EMS.

Ventajosamente, esto se hace posible debido a la realización de las aberturas calibradas OSH en el apantallamiento metalizado MSH, dispuesto a lo largo del sustrato S del dispositivo A.

El sustrato S del dispositivo A está realizado, según un modo de realización particular y no limitativo de la invención, de polidimetilsiloxano, que comprende polvo de carbono negro.

Las aberturas OSH están realizadas en forma de hendiduras, o cuadradas, circulares, triangulares o incluso ovaladas, y están dispuestas, preferiblemente, de manera regular en el grosor del apantallamiento MSH, con el fin de provocar una transparencia relativa a la radiación electromagnética de la fuente e Ms usada.

Según el método, la distancia predeterminada d i está comprendida entre 0 y 100 cm, es decir, posiblemente en contacto directo con el modelo A.

El conjunto de los detalles de las operaciones técnicas de definición de las señales emitidas y de análisis de las señales extraídas por la red (o las redes) de sensores, no se detalla adicionalmente en este caso, ya que lo conoce bien el experto en la materia.

Según una variante del modo de realización de la invención, puede disponerse una capa DL' de material dieléctrico en la superficie del sustrato S. El material dieléctrico de esta capa DL' puede ser idéntico al de la capa DL o incluso diferente.

Ventajosamente, el sustrato S y la capa DL de material dieléctrico pueden tener forma plana o cualquier forma, para simular la totalidad o parte del cuerpo humano, por ejemplo. Esto se aplica de la misma manera para el apantallamiento.

Según una variante del modo de realización de la invención, se coloca una red de sensores SENS, similar a la red de sensores SA, en el sustrato apantallado metalizado, además de la red situada en la capa DL de materiales dieléctricos.

Ventajosamente, esto permite tener una mejor apreciación de las ondas absorbidas a diferentes profundidades del modelo y, por tanto, a diferentes profundidades de los tejidos biológicos humanos y, concretamente, de la epidermis, de la dermis y de tejidos adiposos situados debajo de la dermis.

Según otra variante, se apilan varias capas de materiales dieléctricos similares a DL, que cada una tiene una permitividad diferente, y comprende una o varias redes de sensores, con el fin de evaluar la absorción de la radiación electromagnética a diferentes profundidades de la epidermis y de la dermis.

La invención no se limita al único modo de realización descrito anteriormente, sino que se refiere, evidentemente, a cualquier dispositivo de simulación de características de reflexión y de absorción del cuerpo humano para la dosimetría electromagnética, que comprende un sustrato que porta un apantallamiento, metalizado, o no, y una capa de un material dieléctrico dispuesta encima y/o debajo de este sustrato, y para el que el apantallamiento comprende una pluralidad de aberturas calibradas; comprendiendo el dispositivo al menos una red de sensores posicionados en la capa de material dieléctrico. La invención se refiere, igualmente, a cualquier método que ponga en práctica un dispositivo tal como se describió anteriormente.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

   i. Dispositivo (A) para la dosimetría electromagnética, que comprende una capa de sustrato (S) que porta un apantallamiento (MSH) y una capa (DL) de un material dieléctrico dispuesta encima y/o debajo de dicha capa de sustrato (S), estando dicho dispositivo (A) caracterizado por que una pluralidad de aberturas (OSH) están realizadas en dicho apantallamiento (MSH) y por que comprende, además, al menos una red (SA) de sensores (SENS) en dicha capa (DL) de material dieléctrico.
2. 2. Dispositivo (A) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho sustrato (S) está realizado principalmente de polímero o resina, orgánico o sintético.
3. 3. Dispositivo (A) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que dichas aberturas (OSH) en el apantallamiento están realizadas en forma de hendiduras, o cuadradas, circulares, triangulares o incluso ovaladas, y están dispuestas de manera regular en el grosor de dicho apantallamiento.
4. 4. Dispositivo (A) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que la mayor de las dimensiones de dichas aberturas (OSH) tiene un valor comprendido entre una fracción de la longitud de onda y una decena de longitudes de onda.
5. 5. Dispositivo (A) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dichos sensores (SENS) comprenden antenas y/o sondas.
6. 6. Método de dosimetría electromagnética, que comprende:

   - una emisión de señales electromagnéticas a una frecuencia preferiblemente superior a 6 GHz, desde una fuente (EMS) dispuesta a una distancia predeterminada (d1) de un dispositivo (A) para la dosimetría electromagnética, que comprende un sustrato (S) que porta un apantallamiento (MSH), comprendiendo dicho apantallamiento (MSH) una pluralidad de aberturas calibradas (OSH), y comprendiendo dicho dispositivo (A) una capa (DL) de un material dieléctrico dispuesta encima y/o debajo de dicho sustrato (S),

   - una medición, a partir de al menos una red (SA) de sensores (SENS) dispuestos en o contra dicha capa (DL) de material dieléctrico, en el lado de dicho sustrato (S) opuesto a dicha fuente (EMS).
7. 7. Método según la reivindicación 6, caracterizado por que dicha distancia predeterminada (d1), entre dicha fuente (EMS) y dicho dispositivo (A), está comprendida en un intervalo de valores que va de 0 milímetros a 100 centímetros, estando estos valores límites comprendidos en el intervalo.